KR100328015B1 - 내용융아연부식성이우수한고강도합금과이를이용한도금욕조용안정화롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내용융아연 부식성이 우수한 고강도 합금과 이 합금으로 제조되어 아연도금욕조에 사용되는 안정화롤(stabilizing roll)을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 내용융아연 부식성이 우수한 합금에 있어서, 중량%로, C : 0.28-0.63%, Si : 1.6-5.0%, Mn : 0.6-1.0%, P : 0.04%이하, S : 0.04%이하, Cu : 0.3%이하, Ni : 0.5%이하, Cr : 10.5-12.0%, Mo : 0.3-0.6%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그 조직이 마르텐사이트로 구성되는 내용융아연 부식성이 우수한 고강도 합금;과

롤의 몸체부(는) 중공형태이고, 상기 몸체부(10)의 양측으로부터 롤축(11a)(11b)가 삽입되어 삽입된 롤축(11a)(11b)의 대향하는 각 원주면(11c)(11d)와 롤 몸체부(10)의 내주면(10a)로 이루어진 공기팽창부(12)가 내부에 마련되는 상기 합금으로 이루어지는 도금욕조용 안정화롤에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

내용융아연 부식성이 우수한 고강도 합금과 이를 이용한 도금욕조용 안정화 롤{stabilizing roll}

본 발명은 내용융아연 부식성이 우수한 고강도 합금과 이 합금으로 제조되어아연도금욕조에 사용되는 안정화롤(stabilizing roll)에 관한 것이다.

통상, 아연도금강판의 제조시 사용되는 아연도금설비는, 도 1에 도시된 바와같이, 압연된 강판스트립(6)을 소둔열처리하는 소둔로(5)와, 상기 소둔로(5)로 부터 인입되는 강판스트립(6)의 표면을 도금하는 도금욕조(7)와, 도금욕조(7)에서 도금된 강판스트립(6)의 표면에 부착된 도금부착량을 조절하는 에어나이프(air knife)(2)와 강판스트립(6)을 열처리하는 합금화로(3)로 구성된다. 이때 상기 도금 욕조(7)내에는 강판스트립(6)을 상방향으로 이송하는 싱크롤(sink roll)(4) 및 강판스트립(6)의 진동을 방지하여 스트립의 원활하게 진행하도록 지지해주는 안정화롤(stabilizing roll)(1)등 각 종 롤이 도금용액중에 함침된 상태로 구동하고 있다.

상기 도금욕조(7)는 그 온도가 약 450-600℃로 고온이며, 금속 알루미늄이 0.2%, 납이 0.15%, 철이 0.7%, 나머지는 아연으로 조성된 도금용액이 들어있기 때문에 상기 각종 롤은 부식이 쉽고, 구동으로 인한 마찰이 큰 열악한 분위기에 놓여 있다.

이러한 열악한 환경하에서 사용되는 안정화롤이 용융부식되면 강판스트립에 텐트(Dent), 스크래치(Scratch) 등의 결함을 발생시키고, 안정화롤이 사용중 벤딩되는 경우 강판스트립에 줄무늬 등의 결함을 발생시킨다. 또한 욕중에 발생하는 아연철산화물 등의 드로스(dross)가 안정화롤에 부착되는 경우 구동을 불량하게 하거나 강판스트립에 텐트 등의 결함을 유발시킨다.

한편, 도금설비에 사용되는 종래의 안정화롤은 레이져로이, 또한 일본 대동특수강(주)에서 개발하여 제안한 DCH 23, SUS 316, TRM 834 등의 내용융아연 부식용 합금을 소재로 하여 사용하고 있다. 그러나, 상기 합금으로 제조된 롤들은 용식, 변형등이 여전히 발생되어 롤 사용시 진동, 구동불량 등의 문제를 야기하는 단점이 있다.

좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 내용융아연 부식용 합금중 그 특성이 가장 우수하다고 평가 받고 있는 DCH 23합금(일본 공개공보 (소)57-3433)인 경우 Fe-Cr-Si계를 기본으로 C : 0.4중량%(이하, '%'라 한다)이하, Si : 1.5-3.5%, Mn : 2.0%이하, P : 0.04%이하, S : 0.04%이하, Cu : 0.3%이하, Ni : 0.5%이하, Cr : 3.0-20.0%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되어 있다. 그 성분설계에서 알 수 있듯이 DCH 23합금으로된 롤은 강도 확보가 어려우며, Si가 1.6%이하에서는 델타페라이트가 형성되어 부식성이 악화되는 문제점이 있다. 또한, Mn의 경우 0.6%이하에서는 연신율이 떨어지며 1%이상에서는 큰 편석이 생기는 문제가 있고, Cr의 경우 12%이상에서는 마르텐사이트 조직생성이 저하되고 산화가 촉진되는 문제가 있다.

이와 같은 강성분 설계상의 문제로 롤의 내식성과 강도특성확보에 어려운 측면이 있고, 더불어 롤 자체 형상에도 문제가 있다. 즉, 종래 롤은 원통형롤 또는 중공(中空)의 원통형롤로 되어 있는데, 단순히 강판스트립을 지지하기 위한 롤특성만을 고려하여 롤의 형상을 설계하기 때문에 도금욕의 부력으로 인하여 안정화롤의 변형이 생기는 문제가 있다.

이에 본 발명은 고온 도금욕조 등에 사용시 내식성은 물론 부식 마모량이 극히 저감되는 고강도 합금을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 합금을 이용하여 내용융아연 부식성이 우수하고, 변형이 없는 장수명 안정화롤을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 아연도금설비의 구성도

도 2는 본 발명의 안정화롤의 단면도

도 3은 본 발명 롤의 외경(D)과 내경(d)의 비(d/D)의 적정 설계치를 나타내는 그래프

도 4는 본 발명 롤과 종래 롤에 있어서, 침적일수에 따른 부식감량의 변화를 나타내는 그래프

도 5는 본 발명 롤과 종래롤에 있어서, 부력에 의한 경변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1.안정화롤 6.강판 스트립 7.도금욕조

10.안정화롤 몸체부 11.롤축 12. 공기팽창부 13.씰링부재

상기 목적달성을 위한 본 발명은 내용융아연 부식용 합금에 있어서, 중량%로, C : 0.28-0.63%, Si : 1.6-5.0%, Mn : 0.6-1.0%, P : 0.04%이하, S : 0.04%이하, Cu : 0.3%이하, Ni : 0.5%이하, Cr : 10.5-12.0%, Mo : 0.3-0.6%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 내용융아연 부식성이 우수한 고강도 합금에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 도금욕조내에 침적되어 인입되는 강판스트립의 진동을 방지하여 상기 스트립이 합금화로측으로 원활히 진행하도록 하는 안정화롤에 있어서, 그 몸체부는 중공형태이고, 상기 몸체부의 양측으로부터 롤축이 삽입되어 삽입된 롤축의 대향하는 각 원주면과 롤 몸체부의 내주면으로 이루어진 공기팽창부가 내부에 마련되고 몸체부가 상기 합금으로 이루어지는 도금욕조용 안정화롤에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 합금에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 합금중에 함유되는 탄소는 적당한 강도확보를 위한 기본원소로서, 그 함량이 0.28% 미만에서는 강도확보가 어렵고 마르텐사이트 조직형성이어려워지며, 0.63%이상이 되면 용융도금욕조내에서 Fe₃C석출에 의한 용식발생과 지나치게 강도가 커서 롤축과의 용접성이 나빠지므로 바람직하지 않다.

또한, 상기 규소는 부식개선 효과가 뛰어난 원소로서, 그 함량이 1.6% 이하 에서는 그 부식개선정도가 미흡하고, 5.0% 이상에서는 페라이트 형성원소인 델타페라이트가 형성되어 균열 발생 위험이 있어 바람직하지 않다.

또한, 상기 망간은 연신율을 감소시키지 않고 강도 및 용접성을 증가시키는 범위인 0.6-1.0%의 범위로 함유 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인은 내식성을 향상시키며, 강도와 용접성을 향상시키는 범위인 0.04% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.

상기 황은 Mn과 친화력이 크고 고인성을 확보하는 범위인 0.04% 이하로 함유함이 바람직하다.

상기 구리는 부식속도를 감소시키고 균열을 방지하기 위하여 0.3%이하로 것이 바람직하다.

상기 니켈은 Cu, P 와 더불어 내식성을 향상시키는 한편 열처리시 균질화로 질량효과를 저감시키는 작용을 하는 범위인 0.5%이하로 함유함이 바람직하다.

상기 크롬은 Mo과 함께 마르텐사이트 조직의 생성매체가 되어 부식과 산화에 대한 저항을 증가시키는 작용을 하는데, 이때의 함유량은 10.5-12%의 범위가 바람직하다.

상기 몰리브덴은 오스테나이트-페라이트의 생성을 지연시켜 고강도와 고온인장강도를 확보하는 역할을 하는데, 그 함량이 0.3% 이하에서는 결정립의 미세화와 탄소 석출을 억제하는 기능이 떨어져 도금욕내에서 용식의 원인이 되며, 0.6%이상이면 항복점이 떨어지며 자나치게 강도가 커 파단균열이 발생하여 바람직하지 않다.

상기 조성으로 이루어진 합금은 그 조직이 마르텐사이트를 갖어야 고온에서의 내부식성이 우수하다. 이와같이 조성되는 합금은 부식환경에서도 무게감량이 적어 도금욕조용 롤 소재로 매우 적합한데, 도 2는 아연도금욕조에 사용된 안정화롤의 구조를 도시하고 있다.

도 2에 나타난 바와같이, 본 발명의 안정화롤은 롤 몸체부(10)의 내부가 비어있는 중공형(中空型)으로 형성되며, 내부에 공기 팽창부(Air Expansion Part)(12)가 형성됨에 특징이 있다.

상기 공기팽창부(12)는, 도 2에서와 같이 롤몸체부(10)의 양측으로 부터 롤축(11a)(11b)가 삽입되어 삽입된 롤축(11a)(11b)의 대향하는 각 원주면(11c)(11d)과 몸체부(10)의 내주면(10a)으로 둘러쌓여 형성될 수 있다.

또한 공기팽창부(12)는 롤축(11a)(11b)와 롤몸체부(10)의 삽입부 사이에 씰링부재(13)에 의해 외부욕조와 밀폐를 보다 강화할 수 있다. 이렇게 형성된 공기 팽창부(12)는 상온에서는 1기압으로 유지되나, 470℃이상의 도금욕에서 사용되면 공기팽창부(12)의 내부공기가 3기압정도를 유지하게 되는데, 이러한 롤 내부의 압력발생으로 본 발명의 롤은 통상의 롤 보다 변형저항성이 크게 된다.

따라서, 본 발명의 안정화롤은 상기 공기 열팽창에 의한 응력으로 고온에서롤의 변형을 방지하는 역할을 한다. 결국, 본발명의 롤은 공기 팽창부에 의한 내부변형 저항성을 위한 중공형의 롤 설계로 인하여 롤 자체의 무게를 줄일수 있으며 이에따라 통상의 롤 중량보다 본 발명의 롤이 가벼워 도금욕조내에서 원활한 구동이 가능하다.

한편, 롤의 공기 팽창부 크기는 롤 자체의 강도에 좌우되며 이는 소재의 강도와 관계가 있게된다. 본 발명의 안정화롤의 합금은 그 최대응력이 1500kg/㎟이고 욕조내의 롤에 걸리는 최대응력은 582kg/㎟정도이므로 본 발명합금은 안정화롤의 몸체부에 특히 적합하다. 따라서, 본 발명의 합금을 안정화롤의 몸체부에 사용하는 경우 상기 소재의 강도와 욕조 내에서의 변형저항성을 고려하여 최적의 강도를 유지할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 롤몸체(10)부의 외경(D)과 내경(d)의 비(d/D)는 0.332-0.905의 범위로 되는 것이 바람직한데, 그 이유는 외경과 내경의 이(d/D)가 0.332이하이면 열변형의 원인이 되며, 외경과 내경의 비(d/D)가 0.905이상이면 변형방지효과가 포화되기 때문이다.

상기 외경과 내경의 비는 먼저, 롤가동 초기에 욕조내에서의 롤중량, 롤의 폐기시점에서 욕조내의 롤중량, 그리고 욕조내의 부력을 고려하여 구할수 있다. 즉, 상기 직경에 d/D=0.332는 초기의 욕조내 롤중량-부력과 롤폐기 시점에서의 욕조내 롤 중량-부력이 같다라는 가정하에 산출된 d/D의 최소값에 해당되며, 상기 d/D=0.905는 욕조내의 롤중량과 부력이 같은 경우에 해당되는 d/D의 최대값이다. 이와같이 설정된 외경가 내경의 비에 따른 롤의 설계조건이 도 4의 빗금친 부분에나타나 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예1

하기표1과 같은 조성되는 발명합금과 종래합금(DCH23)으로 된 안정화롤을 각각 제조한 다음 알루미늄 0.2% 함유된 500℃의 용융아연욕에 상기 안정화롤을 240시간 침적가동후 부식마모율과 δF(마르텐사이트 조직형성하는 정도를 나타내는 계수)를 측정하였다. 이때,δF는 -210C+8Si-6Mn-20Ni +14Cr +5 Mo+α(α는 롤 보정계수)에 의하여 측정한 계수로서 100이하가 완벽한 마르텐사이트 조직을 형성하여 안정화를 소재로서 우수함을 나타내는 것이다. 또한, 상기 부식마모율은 침적 구동후 약10%의 HCl(인히비터 10% 포함)에 침적하여 롤 표면의 아연을 제거한 후 롤의 중량감소를 측정하였다.

[표1]

상기 표1에 나타난 바와같이, 종래재의 경우 부식마모량이 12(mg/㎠.hr)로정수주기가 약 2주인것과 비교해 볼 때, 본 발명재(1-3)의 경우 부식마모량이 0.5(mg/㎠.hr)이하로 정수주기 1개월로 반영구적으로 사용이 가능함을 알수 있었다. 또한, 본 발명재(1-3)의 경우 δF계수가 100이하로 완벽한 마르텐사이트 조직을 형성하여 안정화롤 재료로 우수한 특성을 가지고 있음을 알 수 있었다.

한편, 상기 발명재(2)와 종래재(DCH 23)으로 된 롤을 50일간 침적구동후 용융도금 아연에 대한 부식 마모량의 정도를 나타낸 도 4를 보면, 본 발명의 합금으로 된 롤이 부식감량이 적어 아연도금욕조의 안정화롤에 적합함을 알 수 있었다.

실시예2

실시예 1에서 발명재(3)와 같은 조성을 갖는 합금을 이용하여 내부가 꽉찬 중실롤의 경우 [비교예(4)] , 외경(D)과 내경(d)의 비(d/D)를 0.29로 한 경우 [비교예(5)] , 외경(D)과 내경(d)의 비(d/B)를 0.4로 한 경우 [발명예(4)] 로 롤을 제작하였다. 상기 롤들을 470-670℃의 아연욕에 240시간 침적하여 구동한 다음, 초기의 롤경과 말기의 롤경의 직경의 변화를 시험하여 부력에 의한 욕중에서 롤의 중량변화를 측정하여 도 5와 하기표 3에 나타내었다.

[표2]

도 5와 상기표3에 나타난 바와 같이, 본 발명예(4)의 경우 안정화롤의 중량변화가 거의 없음을 알 수 있었다.

상술한 바와같이, 본 발명의 합금은 종래의 안정화롤용 합금과는 달리, 고온의 용융도금욕조에서 내부식성이 우수하고, 강도가 크게 향상되어 용식에 의한 덴트 결함등 도금제품의 치명적인 결함발생을 방지할수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 합금으로 제조되고, 공기 열팽창효과를 최적화하도록 설계된 본 발명의 안정화롤은 롤이 가벼고 마모가 적어 원활한 구동으로 스크래치등 제품의 표면결함의 발생을 방지할수 있고 또한, 진동 발생을 방지하여 에어 나이프에서의 정확한 도금량제어와 합금화로에서의 정확한 합금화제어가 되도록 강판스트립을 안정되게 진행할수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 내용융아연 부식성이 우수한 합금에 있어서, 중량%로, C : 0.28-0.63%, Si : 1.6-5.0%, Mn : 0.6-1.0%, P : 0.04%이하, S : 0.04%이하, Cu : 0.3%이하, Ni : 0.5%이하, Cr : 10.5-12.0%, Mo : 0.3-0.6%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 그 조직을 마르텐사이트 임을 특징으로 하는 내용융아연 부식성이 우수한 고강도 합금
2. 도금욕조(7)내에 침적되어 인입되는 강판스트립(6)의 진동을 방지하여 상기 스트립이 합금화로(3)측으로 원활히 진행하도록 하는 안정화롤(1)에 있어서,

   그 몸체부(10)는 중공형태이고, 상기 몸체부(10)의 양측으로부터 롤축(11a)(11b)가 삽입되어 삽입된 롤축(11a)(11b)의 대향하는 각 원주면(11c)(11d)와 롤 몸체부(10)의 내주면(10a)로 이루어진 공기팽창부(12)가 내부에 마련되고 상기 몸체부(10)가 제 1항의 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는 도금욕조용 안정화롤
3. 제 2항에 있어서, 상기 몸체부(10)의 외경(D)과 내경(d)의 비, d/D:0.332-0.905의 범위로 형성됨을 특징으로 하는 도금욕조용 안정화롤

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